для чего предназначено тепловое реле в цепи включения электродвигателя
Тепловое реле: устройство и принцип действия
Для обеспечения безопасной эксплуатации электротехнического оборудования используются разнообразные электронные приборы и другие приспособления. Они предназначены для контроля нормативных параметров работы электрических установок, а в случае аварийных ситуаций для их отключения. Ярким представителем таких устройств является электротепловое реле, отключающее электроустановку от питающей электрической сети в случае длительного превышения номинального значения рабочего тока. Термореле — это автомат отключения прибора, потребляющего электроэнергию, при серьезных перегрузках оборудования по току электропитания.
Области использования прибора
Электротепловые реле предназначены для предотвращения выхода из строя электромоторов от перегрузок по показателям рабочего тока, в результате которых происходит превышение нормативных показателей рабочей температуры последних. Любой электрический двигатель имеет номинальный рабочий ток. Критическое превышение этой технической характеристики в течение длительного времени приведет к перегреву обмоток силовой установки, разрушению изоляционного слоя и выходу из строя мотора в целом.
Устройство электротепловой защиты отключит электрический двигатель и не допустит аварии и выхода из строя электромотора. Термореле защиты от перегрузок применяются и в других сферах народного хозяйства, быту и производстве, но основное их предназначение — это защита электрических силовых установок от увеличения тока нагрузки до критических значений. Без этого прибора безопасно эксплуатировать электрические двигатели невозможно!
Конструкция и принцип работы прибора
Надежность работы энергетических установок напрямую зависит от различных перегрузок, которым данное устройство подвергается в период эксплуатации. Для каждого устройства существуют предельные величины тока и их длительность, при которых оборудование функционирует в нормальном и безопасном режиме. При номинальных значениях тока длительность работы электродвигателя или любой другой электроустановки ограничена только механической прочностью вращающихся деталей. При длительном превышении этого значения возникает аварийная ситуация.
Для обеспечения защиты электрических двигателей и другого оборудования от перегрузок широко используются устройства с биметаллическими элементами. Эти приборы работают в соответствии с законом физики, описанным учеными Джоулем и Ленце в 19 веке и определяющим зависимость выделенного тепла от силы тока на конкретном участке электрической цепи. Именно это закон является определяющим в работе электротеплового реле (расцепителя). В составе конструкции прибора имеется спираль, которая является излучателем тепла. Непосредственно рядом с ней монтируется биметаллическая пластина, реагирующая на излучаемое тепло.
Термопластины изготовлены из двух металлических сплавов с различной теплопроводностью, которые при нагреве/охлаждении меняют свою геометрию. Это свойство биметаллических элементов заложено в принцип функционирования теплового расцепителя. При любом увеличении или уменьшении тока нагрузки, рабочие пластины меняют свое пространственное расположение и механически воздействуют на толкатель, который размыкает или замыкает контактные группы термореле, подключенные к обмоткам магнитного пускателя (МП). Пускатель двигателя срабатывает и отключает нагрузку от электрической сети. Стандартная конструкция электротеплового реле представлена на следующей картинке.
На работу тепловых расцепителей с биметаллическими пластинами оказывает воздействие температура окружающего воздуха, дополнительно нагревая рабочие элементы конструкции прибора. Для исключения этого явления все устройства этого типа снабжены дополнительными компенсирующими биметаллическими пластинами, изгибающимися в противоположную сторону относительно основных элементов.
Компенсатор является регулятором тока срабатывания устройства. Для регулировки используется эксцентрик со шкалой, разделенной на две части. При повороте влево ручки компенсатора значение тока срабатывания уменьшается, а при смещении вправо соответственно увеличивается. Регулировка значений тока срабатывания расцепителя происходит путем увеличения/уменьшения зазора между толкателем и основной пластиной, за счет воздействия эксцентрика на дополнительную биметаллическую пластину.
Важно! При обрыве или отключении одной из фаз питания, в трехфазной сети, ток нагрузки в оставшихся двух фазах увеличивается, что приводит к срабатыванию электротеплового реле. Исходя из этого, можно сказать, что тепловой расцепитель является защитой электродвигателя от работы в аварийной ситуации с оборванной фазой.
Виды термореле защиты
Следует отметить, что на современном рынке электротехнических изделий представлены разные типы модулей тепловой защиты электрических силовых агрегатов. Каждый из этих типов устройств используется в конкретной ситуации и для определенного вида электрического оборудования. К основным разновидностям тепловых реле защиты можно отнести следующие конструкции.
Из вышеприведенной информации видно, что в настоящее время существует несколько различных типов электротепловых реле. Все они используются для решения одной-единственной задачи — защиты электрических двигателей и других силовых электроустановок от токовых перегрузок с повышением температур рабочих частей агрегатов до критических значений.
Где купить
Максимально быстро приобрести устройство можно в ближайшем специализированном магазине. Оптимальным же, по соотношению цена-качество, остаётся вариант покупки в Интернет-магазине АлиЭкспресс. Обязательное длительное ожидание посылок из Китая осталось в прошлом, ведь сейчас множество товаров находятся на промежуточных складах в странах назначения: например, при заказе вы можете выбрать опцию «Доставка из Российской Федерации»:
Схема подключения теплового реле
Чаще всего, подключение теплового реле осуществляется непосредственно к магнитному пускателю. Силовые контакты устройства позволяют выполнить его монтаж на МП без проводов. Также существуют модели тепловой защиты, которые можно установить как самостоятельный модуль на монтажную панель или DIN-рейку в электрический шкаф. На следующем рисунке представлена структурная схема подключения теплового реле в соответствии с действующим ГОСТом.
На следующем рисунке приведена схема управления электродвигателем, отключающим его от сети в случае возникновения аварийной ситуации: перегрузке по току или обрыву провода одной из фаз.
Для непосвященного человека все эти принципиальные схемы не значат ровно ничего, поэтому на следующей картинке будет представлена более доступная для понимания простым потребителем схема подключения электротеплового реле с фотографиями всех элементов, входящих в систему защиты электрических моторов от токовых перегрузок.
Коротко рассмотрим, как действует данная компоновка защиты электродвигателей. Входной автомат обеспечивает подачу одной фазы через нормально-замкнутую аварийную кнопку «Стоп» на разомкнутую кнопку «Пуск». При ее включении, напряжение питания попадается на обмотку магнитного пускателя, который последовательно включает электромотор. Все фазы питающей электросети, поступающие на электрический двигатель, проходят через обмотки реле с биметаллическими элементами. В случае увеличения тока нагрузки до максимальных значений срабатывает тепловая защита и силовая установка обесточивается.
Внимание! Электротепловое реле устанавливается в цепь питания после всех типов контакторов, но перед электродвигателем или другим электрическим оборудованием. Включение размыкающего цепь устройства выполняется кнопкой «Стоп». Все элементы системы защиты соединены последовательно.
Выбор электротеплового реле
Выбор термореле зависит от многих факторы его эксплуатации: температуры окружающей среды; где оно установлено; мощности подключенного оборудования; необходимых средств аварийного оповещения и так далее. Чаще всего, потребитель делает выбор, основываясь на следующих технических характеристиках прибора.
Цена реле тепловой защиты может колебаться в очень широком диапазоне. Стоимость устройства зависит от многих факторов: общих технических характеристик, наличия дополнительных функций, используемых при производстве материалов, а также от популярности производителя прибора. Минимальная цена термореле около 500 рублей, а максимальная может доходить до нескольких тысяч. Реле от известных производителей, в обязательном порядке, комплектуются паспортом с подробным описанием технических характеристик, а также полной инструкцией по подключению прибора к электроустановкам.
Преимущества устройства
По своей сути, тепловое реле является автоматическим устройством отключения электрооборудования от сети питания. Но в отличие от простого автомата включения/отключения электротепловое реле имеет ряд следующих существенных преимуществ:
К другим достоинствам тепловых реле можно отнести малые габариты, массу и, конечно же, стоимость, а также простоту конструкции и высокую эксплуатационную надежность. Определенным недостатком устройства является необходимость в периодических настройках и поверках.
Заключение
Электротепловое реле (расцепитель) — это один из самых важных элементов системы защиты электрических двигателей и другого электрооборудования. Данное устройство способно защитить электроустановку от любых перегрузок. Тепловой расцепитель не подвержен ложным отключениям нагрузки при кратковременных скачках тока, что выгодно отличает его от входного автомата. Термореле защиты можно монтировать не только совместно с МП, но и как самостоятельное защитное устройство.
P.S. Подключайте тепловое реле к электросиловым установкам в полном соответствии c инструкцией по эксплуатации. Если у вас нет достаточного опыта в выполнение таких работ, то лучше обратиться к специалистам. Самостоятельно ремонтировать прибор можно только при наличии элементарных знаний в области электротехники. В противном случае ремонт термореле следует производить в специализированном сервисном центре!
Видео по теме
Как работает и для чего предназначено тепловое реле?
В виду высокой стоимости электродвигателей вопрос их защиты от повреждения при нарушении нормального режима работы стоит достаточно остро. Среди наиболее популярных нарушений перегрузка, обрыв одной из фаз, снижение рабочего напряжения. И все они характеризуются большими рабочими токами, протекающими в обмотках электрической машины, что приводит к перегреву, ухудшению диэлектрических свойств изоляции и перегоранию жил, если ситуацию пустить на самотек. Для защиты электрических двигателей от перегревания в схему питания электропривода вводят тепловое реле.
Конструкция
Современный рынок электрооборудования предлагает огромный выбор тепловых реле различного принципа действия, как следствие, будет отличаться и их конструктивное исполнение. Однако, в соответствии с п.3.2. ГОСТ 16308-84 все технические параметры конкретной модели должны соответствовать данному типу по габаритам, исполнению и принципиальной схеме этого типа. Наиболее распространенным вариантом за счет простоты исполнения и относительной дешевизны является электротепловое реле на биметаллической пластине. Конструкция которого приведена на рисунке 1.
Рис. 1. Конструкция теплового реле
Как видите, в состав механизма входят:
На практике существуют и другие типы реле, конструкция которых будет принципиально отличаться. Данный вариант приведен в качестве примера для наглядности протекания процессов и пояснения принципа работы.
Принцип работы
В основу работы положен принцип разности температурного расширения различных металлов, описанных законом Джоуля-Ленца. При нагревании биметаллической пластины, состоящей из двух металлов с различным коэффициентом теплового расширения, произойдет ее геометрическая деформация. Именно такая пластина и устанавливается в термореле, она реагирует на превышение температуры более установленного предела.
Для рассмотрения принципа работы температурного реле воспользуемся трехмерной моделью реального устройства, приведенной на рисунке 2 ниже:
Как видите, подключенное в цепь электродвигателя тепловое реле пропускает основную нагрузку электрической машины через токоведущие шины. Если смоделировать ситуацию перегрузки, когда через них потечет ток в несколько раз превышающий номинальный, то шины начнут нагреваться и избыток тепла перейдет на биметаллическую пластину, подключенную к каждой из фаз электродвигателя. При достижении температуры уставки биметаллическая пластина изогнется и приведет в движение один из толкателей. Толкатель, в свою очередь, сместит рычаг защелки на несколько миллиметров, что отпустит пружинный механизм и даст ход штанге расцепителя.
После этого контакты теплового реле отключат питание цепи управления и перекроют контакты цепи сигнализации, которая оповестит об отключении защитного приспособления. После устранения причины перегрева реле возвращается в рабочее положение посредством нажатия механической кнопки. Следует отметить, что сразу после отключения теплового реле включить его не получиться, так как биметаллическая пластина еще не остыла и возможны ложные срабатывания. Поэтому процесс требует определенной выдержки времени, после которой электродвигатель можно запускать в работу.
Обозначение на схеме
При чтении схем важно ориентироваться в обозначении всех устройств, изображенных на них. Это позволяет обеспечивать точное подключение с соблюдением основных параметров работы электроустановки, селективности срабатывания защит и поддерживать нормальный режим электроснабжения. Изображение теплового реле на схемах определяется положениями двух нормативных документов. В соответствии с таблицей 3 ГОСТ 2.755-87 контакты данного вида оборудования изображаются следующим образом (рисунок 3):
Рис. 3. Изображение контакта термореле
В тоже время, само температурное реле имеет обозначение в соответствии с п.21 таблицы 1 ГОСТ 2.756-76, которое отображается на схеме следующим образом (см. рисунок 4):
Рис. 4. Воспринимающая часть электротеплового реле
Знание схематических изображений электротеплового реле позволит вам ориентироваться в принципиальных схемах уже действующих агрегатов. Или самостоятельно составлять и подключать оборудование через защитное приспособление.
Современное разнообразие тепловых реле охватывает довольно широкий ассортимент. Поэтому деление на виды производиться в соответствии с установленными критериями на основании п. 1.1. ГОСТ 16308-84. Так, по роду тока рабочей цепи все устройства подразделяются на две большие группы: реле переменного и постоянного тока. В зависимости от количества рабочих полюсов встречаются:
В зависимости от типа контактов вторичных цепей все тепловые приборы подразделяются на модели:
В зависимости от способа возврата теплового реле в исходное положение существуют варианты с включением вручную или с самостоятельным возвратом. Также в моделях может реализовываться функция перевода с одного вида работы на другой.
Также существует разделение по наличию или отсутствию приспособления для компенсации температуры окружающего пространства. И модели с возможностью регулировки тока несрабатывания или с отсутствием таковой функции.
Назначение
Основным назначением теплового реле является защита электродвигателя от перекоса фаз, перегрева на затяжных пусках, заклинивании вала или подачи чрезмерной нагрузки. Для решения всех этих задач на практике выпускаются различные типы реле, имеющие узкую специализацию по конкретному направлению, рассмотрим далее более детально каждый из них.
Технические характеристики
Корректная работа релейной защиты обеспечивается за счет соответствия параметров теплового устройства заданным условиям работы электрической машины. Поэтому важно изучить основные рабочие параметры реле еще до его приобретения. К основным техническим данным теплового реле относятся:
Схемы подключения
Подключение вышеперечисленных моделей тепловых реле может производиться по нескольким схемам, отличающихся в зависимости от конкретного типа оборудования. Рассмотрим наиболее актуальные из них.
Как видите на рисунке 5, трехфазное реле RT1 подключается последовательно к двигателю M. Питание к ним подается через контактор KM. В нормальном режиме работы контакты RT1 нормально замкнуты и через катушку КМ протекает ток. Как только возникнет аварийный режим, тепловая защита разомкнет контакты и катушка контактора обесточится, питание двигателя прекратиться.
Аналогичным образом происходит включение двухполюсного реле, с той разницей, что контакты защитного устройства включаются последовательно только в две фазы из трех, как показано на рисунке ниже:
Рис. 6. Схема включения двухполюсного реле
Помимо этого существует схема включения теплового реле для мощных электродвигателей, рабочий ток которых в разы превышает допустимый предел для защитного приспособления. В таких ситуациях используется трансформаторное преобразование, а схема включения выглядит следующим образом:
Рис. 7. Схема трансформаторного включения
Критерии выбора
Основным критерием при выборе конкретной модели является соответствие номинальной нагрузки допустимому интервалу самого теплового реле. Для нормальной работы электрической машины вам понадобиться срабатывание при 20 – 30% перегрузке не более, чем в 5 минутный интервал. Величина тока вычисляется по формуле:
Это означает, что допустимый предел регулирования должен включать в себя полученную величину тока срабатывания. Затем, проверьте на время-токовой характеристике (см. рисунок 8), за какой промежуток времени будет срабатывать защита при такой кратности:
Рис. 8. Время-токовая характеристика
В данном случае время будет равно 4 минутам при 20% теплового превышения, что вполне удовлетворяет критериям поставленной задачи.
Тепловая защита электродвигателя. Электротепловое реле.
17 Дек 2014г | Раздел: Электрика
Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. В предыдущей статье мы с Вами рассмотрели принципиальные схемы включения магнитного пускателя, обеспечивающие реверс вращения электродвигателя.
Продолжаем знакомиться с магнитным пускателем и сегодня рассмотрим типовые схемы подключения электротеплового реле типа РТИ, которое предназначено для защиты от перегрева обмоток электродвигателя при токовых перегрузках.
1. Устройство и работа электротеплового реле.
Электротепловое реле работает в комплекте с магнитным пускателем. Своими медными штыревыми контактами реле подключается к выходным силовым контактам пускателя. Электродвигатель, соответственно, подключают к выходным контактам электротеплового реле.
Внутри теплового реле находятся три биметаллические пластины, каждая из которых сварена из двух металлов, имеющих различный коэффициент теплового расширения. Пластины через общее «коромысло» взаимодействуют с механизмом подвижной системы, которая связана с дополнительными контактами, участвующими в схеме защиты электродвигателя:
1. Нормально-замкнутый NC (95 – 96) используют в схемах управления пускателем;
2. Нормально-разомкнутый NO (97 – 98) применяют в схемах сигнализации.
Принцип действия теплового реле основан на деформации биметаллической пластины при ее нагреве проходящим током.
Под действием протекающего тока биметаллическая пластина нагревается и прогибается в сторону металла, имеющего меньший коэффициент теплового расширения. Чем больший ток будет протекать через пластину, тем сильнее она будет греться и прогибаться, тем быстрее сработает защита и отключит нагрузку.
Допустим, что электродвигатель подключен через тепловое реле и работает в нормальном режиме. В первый момент времени работы электродвигателя через пластины течет номинальный ток нагрузки и они нагреваются до рабочей температуры, которая не вызывает их изгиб.
По какой-то причине ток нагрузки электродвигателя стал увеличиваться и через пластины потек ток выше номинального. Пластины начнут сильнее греться и прогибаться, что приведет в движение подвижную систему и она, воздействуя на дополнительные контакты реле (95 – 96), обесточит магнитный пускатель. По мере остывания пластины вернутся в исходное положение и контакты реле (95 – 96) замкнутся. Магнитный пускатель опять будет готов к запуску электродвигателя.
В зависимости от величины протекающего тока в реле предусмотрена уставка срабатывания по току, влияющая на силу изгиба пластины и регулирующаяся поворотным регулятором, расположенным на панели управления реле.
Помимо поворотного регулятора на панели управления расположена кнопка «TEST», предназначенная для имитации срабатывания защиты реле и проверки его работоспособности до включения в схему.
«Индикатор» информирует о текущем состоянии реле.
Кнопкой «STOP» обесточивается магнитный пускатель, но как в случае с кнопкой «TEST», контакты (97 – 98) не замыкаются, а остаются в разомкнутом состоянии. И когда Вы будете задействовать эти контакты в схеме сигнализации, то учитывайте этот момент.
Электротепловое реле может работать в ручном или автоматическом режиме (по умолчанию стоит автоматический режим).
Для перевода в ручной режим необходимо повернуть поворотную кнопку «RESET» против часовой стрелки, при этом кнопка слегка приподнимается.
Предположим, что сработало реле и своими контактами обесточило пускатель.
При работе в автоматическом режиме после остывания биметаллических пластин контакты (95 — 96) и (97 — 98) автоматически перейдут в исходное положение, тогда как в ручном режиме перевод контактов в исходное положение осуществляется нажатием кнопки «RESET».
Кроме защиты эл. двигателя от перегрузок по току, реле обеспечивает защиту и в случае обрыва питающей фазы. Например. При обрыве одной из фаз, электродвигатель, работая на оставшихся двух фазах, станет потреблять больше тока, отчего биметаллические пластины нагреются и реле сработает.
Однако электротепловое реле не способно защитить двигатель от токов короткого замыкания и само нуждается в защите от подобных токов. Поэтому при установке тепловых реле необходимо устанавливать в цепь питания электродвигателя автоматические выключатели, защищающие их от токов короткого замыкания.
При выборе реле обращают внимание на номинальный ток нагрузки электродвигателя, который будет защищать реле. В инструкции по эксплуатации, идущей в коробке, есть таблица, по которой выбирается тепловое реле для конкретной нагрузки:
Например.
Реле РТИ-1302 имеет предел регулировки тока уставки от 0,16 до 0,25 Ампер. Значит, нагрузку для реле следует выбирать с номинальным током около 0,2 А или 200 mA.
2. Принципиальные схемы включения электротеплового реле.
В схеме с тепловым реле используют нормально-замкнутый контакт реле КК1.1 в цепи управления пускателем, и три силовых контакта КК1, через которые подается питание на электродвигатель.
При включении автоматического выключателя QF1 фаза «А», питающая цепи управления, через кнопку SB1 «Стоп» поступает на контакт №3 кнопки SB2 «Пуск», вспомогательный контакт 13НО пускателя КМ1, и остается дежурить на этих контактах. Схема готова к работе.
При нажатии на кнопку SB2 фаза через нормально-замкнутый контакт КК1.1 поступает на катушку магнитного пускателя КМ1, пускатель срабатывает и его все нормально-разомкнутые контакты замыкаются, а нормально-замкнутые размыкаются.
При замыкании контакта КМ1.1 пускатель встает на самоподхват. При замыкании силовых контактов КМ1 фазы «А», «В», «С» через контакты теплового реле КК1 поступают на обмотки электродвигателя и двигатель начинает вращение.
При увеличении тока нагрузки через силовые контакты термореле КК1, реле сработает, контакт КК1.1 разомкнется и пускатель КМ1 обесточится.
Если возникнет необходимость в простой остановке двигателя, то достаточно будет нажать на кнопку «Стоп». Контакты кнопки разорвутся, фаза прервется и пускатель обесточится.
На фотографиях ниже показана часть монтажной схемы цепей управления:
Следующая принципиальная схема аналогична первой и отличается лишь тем, что нормально-замкнутый контакт термореле (95 – 96) разрывает ноль пускателя. Именно эта схема получила наибольшее распространение из-за удобства и экономичности монтажа: ноль сразу заводят на контакт термореле, а со второго контакта реле бросают перемычку на катушку пускателя.
При срабатывании термореле контакт КК1.1 размыкается, «ноль» разрывается и пускатель обесточивается.
И в заключении рассмотрим подключение электротеплового реле в реверсивной схеме управления пускателем.
От типовой схемы она, как и схема с одним пускателем, отличается лишь наличием нормально-замкнутого контакта реле КК1.1 в цепи управления, и тремя силовыми контактами КК1, через которые запитывается электродвигатель.
При срабатывании защиты контакты КК1.1 разрываются и отключают «ноль». Работающий пускатель обесточивается и двигатель останавливается. При возникновении необходимости в простой остановке двигателя достаточно нажать на кнопку «Стоп».
Вот и подошел к логическому завершению рассказ о магнитном пускателе.
Понятно, что только одних теоретических знаний мало. Но если Вы будете практиковаться, то сможете собрать любую схему с применением магнитного пускателя.
И уже по сложившейся традиции небольшой видеоролик о применении электротеплового реле.